慢脈沖化成技術(shù)在鉛酸動(dòng)力電池中的應(yīng)用

　　前 言

　　在電池生產(chǎn)中，化成是極板中活性物質(zhì)制備的最后一道工序，也是非常關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)，化成的好壞直接影響到電池的初期容量和循環(huán)壽命，化成不足將造成電池初期容量不合格，化成過(guò)度將降低電池的循環(huán)壽命。

　　目前電動(dòng)自行車用閥控式密封鉛酸蓄電池的生產(chǎn)規(guī)模和產(chǎn)量不斷擴(kuò)大，由于環(huán)保的要求，絕大多數(shù)生產(chǎn)廠家已經(jīng)從最初的槽化成改造為電池化成，采用的工藝一般為三充兩放和四充三放，化成時(shí)間一般在100h以上，最長(zhǎng)的達(dá)到130h左右，因此化成已經(jīng)成為電池制造過(guò)程中時(shí)間最長(zhǎng)、占用廠房池的化成中，并測(cè)試了電池的循環(huán)壽命等方面的性能。

　　一、慢脈沖化成的主要特點(diǎn)

　　由于在化成過(guò)程中采用慢脈沖，可以縮短化成時(shí)間，提高生產(chǎn)效率，12V10Ah的電池化成完畢只需要70多小時(shí)，比常規(guī)的化成工藝節(jié)省了30h以上的時(shí)間。分階段恒流充電的主要問(wèn)題在于充電過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的氣體，從而延緩了硫酸和水在鉛膏孔隙中的擴(kuò)散，同時(shí)產(chǎn)生的氣體會(huì)把液體排出鉛膏孔隙，進(jìn)入隔板，如果產(chǎn)生很多氣體會(huì)引起酸飛濺，許多電解液會(huì)進(jìn)入電池上端或排出電池，這嚴(yán)重影響了化成效率；而慢脈沖化成過(guò)程中采用了多步間歇步聚，可以大大減少析氣量，使硫酸和水有充足的時(shí)間擴(kuò)散到極板的內(nèi)部，減少了化成時(shí)電解液的濃差極化，因此化成效率比較高。

　　采用分階段恒流充電時(shí)由于電池的內(nèi)阻較大會(huì)放出大量的熱，因而電流值不能很大，一般不超過(guò)0.3C；而慢脈沖有利于消除電池的電阻極化，從而減少熱量的產(chǎn)生，因此可以采用較大幅值的脈沖電流。

　　采用較大的脈沖電流可以提高正極板的活性物質(zhì)與界面的電導(dǎo)和機(jī)械強(qiáng)度，從而保證了正極板的活性物質(zhì)及界面的均一緊密結(jié)構(gòu)，有利于提高電池的循環(huán)壽命。

　　二、實(shí)驗(yàn)

　　1、化成

　　將同一廠家生產(chǎn)的同一批次的生極板裝配的12V10Ah的電池放在水槽中，灌入1.25g/cm3的硫酸（內(nèi)加15g/L的硫酸鈉），單格灌酸量為125ml，灌酸2h后接通電源開始化成，分別進(jìn)行普通的三充兩放的化成和慢脈沖化成。化成過(guò)程中電池表面的溫度采用Model PT-305紅外溫度測(cè)試儀測(cè)量。慢脈沖化成所用的儀器為張家港市中恒電源有限公司生產(chǎn)的ZH-μCMKC型320V20A的高頻大功率慢脈沖充電電源，脈沖面積最大的工序。如何縮短化成時(shí)間，提高生產(chǎn)效率一直是鉛蓄電池生產(chǎn)廠家十分關(guān)注的問(wèn)題，本文采用慢脈沖化成技術(shù)應(yīng)用于電動(dòng)自行車用鉛酸電周期為1.6s，正脈沖時(shí)間為1.28s，間歇時(shí)間為0.32s，記錄化成過(guò)程中電池的端電壓變化。

　　2、化成后正極板PbO2含量測(cè)量和電解液密度測(cè)量

　　化成結(jié)束后，分別解剖兩種化成制式的電池各一只，正極板用流動(dòng)的水沖洗至中性，然后在60℃的烘箱中干燥24h，沿對(duì)角線方向取下活性物質(zhì)測(cè)量PbO2的含量。將隔板中的酸擠到燒杯中，過(guò)濾后，用移液管取一定體積的酸進(jìn)行稱重，從而得到電解液的密度。

　　3、化成后電池的循環(huán)壽命測(cè)量

　　分別取1只普通化成方式的電池和1只脈沖化成方式的電池在25℃的環(huán)境中，以5A放電至10.5V，然后以14.8V，1.8A充電10h，這樣構(gòu)成一次循環(huán)，當(dāng)電池放電容量低于8Ah時(shí)壽命實(shí)驗(yàn)結(jié)束，循環(huán)壽命測(cè)試所用的設(shè)備為美國(guó)Arbin公司的154519-A充放電測(cè)試儀。

　　三、結(jié)果和討論

　　1、化成中電池溫度和端電壓的測(cè)量

　　采用普通化成方式的電池在化成過(guò)程中電池表面的溫升比較大，最高溫度達(dá)到了55℃，所以在化成過(guò)程中需要更換冷卻水，最高充電電壓達(dá)到了16.85V，析氣比較嚴(yán)重，整個(gè)化成時(shí)間為106h，充入電量為88Ah。

　　采用慢脈沖化成方式的電池在化成過(guò)程中電池表面的溫升比較小，最高溫度只有45℃，最高充電電壓只有16.41V，析氣比較緩和，整個(gè)化成時(shí)間為76h，充入電量為78Ah。

　　2、化成后正極板PbO2含量的測(cè)量和電解液密摩的測(cè)量

　　化成后經(jīng)過(guò)水洗和干燥后的正極板表面呈現(xiàn)暗褐色，且色澤均勻，外表無(wú)白斑存在，極板中的二氧化鉛含量均在80％以上，化成后的電解液密度為1.32g/cm3。

　　3、化成后電池的100％DOD循環(huán)壽命測(cè)量

　　采用普通化成方式和慢脈沖化成方式電池的循環(huán)壽命曲線如圖3、圖4所示，采用普通化成方式的電池循環(huán)了247次，而采用慢脈沖化成方式的循環(huán)了273次，由此可見，采用慢脈沖化成方式的電池具有相對(duì)較高的循環(huán)壽命。

　　4、結(jié)論
　　采用慢脈沖化成可以縮短化成時(shí)間，提高生產(chǎn)效率，比常規(guī)的電池化成節(jié)省30h左右的時(shí)間；

　　慢脈沖化成過(guò)程中采用了多步的間歇步驟，減少了電池的濃差極化和電阻極化，電池的最高電壓，析氣量和溫升均小于普通化成方式的電池，化成效率較高；

　　兩種化成方式的正極板中的二氧化鉛含量基本相當(dāng)，都在80％以上；

　　慢脈沖化成的電池具有相對(duì)較高的循環(huán)壽命，其100％DOD循環(huán)壽命達(dá)到了273次。